(57)【要約】【課題】水等の液体を液体収容容器から送り出す場合に、その量が少量であったとしても定量で送り出すことが可能な液体定量排出装置を提供する。【解決手段】水が収容される液体収容容器２と、液体収容容器２から水を排出する水導出管１１と、圧縮空気を収容する気体収容容器１と、気体収容容器１内の圧縮気体を液体収容容器２内へ供給する導入管６とを備え、液体収容容器２内の液体に圧縮空気を作用させることで、水導出管１１から定量の水を排出可能に構成した。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
液体が収容される液体収容容器と、
液体収容容器から液体を排出する液体排出路と、
圧縮気体を収容する気体収容容器と、
気体収容容器内の圧縮気体を液体収容容器内へ供給する気体供給路とを備え、
液体収容容器内の液体に圧縮気体を作用させることで、液体排出路から定量液体を排出可能に構成したことを特徴とする液体定量排出装置。
【請求項２】
液体収容容器内を仕切るように配設される可動隔壁部を備え、この可動隔壁部により仕切られた一方側に液体を収容し、他方側に圧縮気体を導入するように構成したことを特徴とする請求項１に記載の液体定量排出装置。
【請求項３】
気体供給路には、気体供給量を制御する制御機構が設けられることを特徴とする請求項１又は２に記載の液体定量排出装置。
【請求項４】
液体は水素発生剤と反応して水素ガスを発生する反応液であり、液体排出路から排出される反応液は、水素発生剤が収容された反応容器へ供給されるように構成されていることを特徴とする請求項１〜３のいずれか１項に記載の液体定量排出装置。
【請求項５】
液体収容容器に収容されている液体に対して圧縮気体を作用させるステップと、
この圧縮気体の作用により液体を液体収容容器から定量排出するステップと、を有することを特徴とする液体定量排出方法。
【請求項６】
液体は水素発生剤と反応して水素ガスを発生する反応液であり、液体収容容器から排出される反応液が水素発生剤が収容された反応容器へ供給されるステップを有することを特徴とする請求項５に記載の液体定量排出方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、少量の液体を定量供給できる液体定量排出装置及び液体定量排出方法に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
燃料電池は、他の発電システムに比べると発電効率が高く、大気を汚染する物質を生成しないという点で注目されているエネルギー源である。水素供給型の燃料電池では、発電を行わせるために、カソードへ空気（酸素）を供給し、アノードへ水素を供給する。水素はアノードでの触媒反応によって水素イオン及び電子となり、水素イオンは電解質内を移動し、カソードの触媒反応により酸素と反応して水となる。一方、電子は外部回路を伝わってカソードに移動する。この電子の移動により電気エネルギーが発生することになる。
【０００３】
以上のように、燃料電池には水素等の燃料を供給する必要がある。そこで水素を発生するための装置が種々知られており、例えば、下記特許文献１，２に開示されている。これらはいずれも炭化水素を分解することで水素を発生させるものである。特許文献１，２における水素発生装置は、円筒形の熱供給器と同じく円筒形の反応器により構成されている。
【０００４】
また、下記特許文献３に開示されている水素ガス発生ユニットは、水（反応液に相当）を収容するためのタンクと、水との化学反応により水素を生成する金属（水素発生剤に相当）を収容する反応容器と、この反応容器に近接配置される加熱手段と、タンクに収容された水を反応容器に導入するための導入管と、反応容器で生成した水素及び未反応の水をタンク内に導入する戻り管と、タンク内の水素及び水を排出する排出管とを備えている。そしてタンクの水を反応容器に導入するためにポンプを使用しており、これにより、水を反応容器に供給する量を制御している。反応容器は、装置本体内に収容され、加熱手段により密着保持される。これにより、反応容器内に導入された水が加熱されて水蒸気になるとともに、反応容器内の水素ガスを発生させるための反応を促進させることができる。
【０００５】
【特許文献１】特開２００４−６３１２７号公報
【特許文献２】特開２００４−５９３４０号公報
【特許文献３】特開２００４−１４９３９４号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
上記のような水素発生装置において、水を反応容器内に送り込む量を一定に制御するのが望ましい場合がある。例えば、多量の水を送り込むと必要以上の水素ガスが発生してしまうという問題がある。水の送り量を制御（制限）するには、ポンプを用いることが好ましいが、ポンプを収容するスペースや駆動する機構が必要となり、コストアップや装置の大型化の原因となる。特に、水素発生装置をノートパソコン、ＰＤＡ、携帯電話などの携帯機器に組み込む場合等は、できるだけ小型化を実現できる構成が要求される。すなわち、ポンプを用いなくても水を供給できるような小型の液体供給装置を備えた水素発生装置が望まれている。また、携帯機器用の水素発生装置の場合は、水を反応容器内に送り込む量もごく少量（例えば、１時間当たり２〜３ｃｃ）であり、かかる少量の水を定量で送り込めるような構成が要求される。
【０００７】
本発明は上記実情に鑑みてなされたものであり、その課題は、水等の液体を液体収容容器から送り出す場合に、その量が少量であったとしても定量で送り出すことが可能な液体定量排出装置及び液体定量排出方法を提供することである。
【課題を解決するための手段】
【０００８】
上記課題を解決するため本発明に係る液体定量排出装置は、
液体が収容される液体収容容器と、
液体収容容器から液体を排出する液体排出路と、
圧縮気体を収容する気体収容容器と、
気体収容容器内の圧縮気体を液体収容容器内へ供給する気体供給路とを備え、
液体収容容器内の液体に圧縮気体を作用させることで、液体排出路から定量液体を排出可能に構成したことを特徴とするものである。
【０００９】
かかる構成による液体定量排出装置の作用・効果を説明する。この装置は液体が収容される液体収容容器と、圧縮気体が収容される気体収容容器を備えており、これらは気体供給路により連結されている。液体収容容器内の液体は、液体排出路から排出（送り出し）されるが、その排出作用を行わせるために、圧縮気体を液体に対して作用させる。圧縮気体を作用させることで、液体収容容器内の液面に均一に圧力を作用させるようにでき、少量であっても液体排出路から液体を定量排出させることができる。排出量は、圧縮気体による圧力値などにより調整することができる。その結果、水等の液体を液体収容容器から送り出す場合に、その量が少量であったとしても定量で送り出すことが可能な液体定量排出装置を提供することができる。
【００１０】
本発明において、液体収容容器内を仕切るように配設される可動隔壁部を備え、この可動隔壁部により仕切られた一方側に液体を収容し、他方側に圧縮気体を導入するように構成したことが好ましい。
【００１１】
この構成によると、圧縮気体を作用させる場合、液面に直接作用させるのではなく、可動隔壁部を介して作用させる。これにより、液面全体をより均一に押圧することができ、少量の液体を定量排出することができる。
【００１２】
本発明に係る、気体供給路には、気体供給量を制御する制御機構が設けられることが好ましい。
【００１３】
かかる制御機構を設けることで、気体供給量を制御することができるため、液体に対して作用させる圧力値も変えることができる。これにより、液体排出路から送り出すべき液体の量を調整することができる。
【００１４】
本発明において、液体は水素発生剤と反応して水素ガスを発生する反応液であり、液体排出路から排出される反応液は、水素発生剤が収容された反応容器へ供給されるように構成されていることが好ましい。
【００１５】
これにより、液体収容容器内の水を反応容器に対して定量供給することができる。また、ごく少量の水であっても一定量を供給し続けることができるため、反応容器において発生する水素ガスの量も適切となるように制御することができる。従って、特に携帯機器用に用いられる燃料電池システムにおいて好適に用いることができる。
【００１６】
上記課題を解決するため本発明に係る液体定量排出方法は、
液体収容容器に収容されている液体に対して圧縮気体を作用させるステップと、
この圧縮気体の作用により液体を液体収容容器から定量排出するステップと、を有することを特徴とするものである。
【００１７】
この構成によると、既に述べたように、圧縮気体を作用させることで、液体収容容器内の液面に均一に圧力を作用させるようにでき、少量であっても液体排出路から液体を定量排出させることができる。排出量は、圧縮気体による圧力値などにより調整することができる。その結果、水等の液体を液体収容容器から送り出す場合に、その量が少量であったとしても定量で送り出すことが可能な液体定量排出方法を提供することができる。
【００１８】
本発明において、液体は水素発生剤と反応して水素ガスを発生する反応液であり、液体収容容器から排出される反応液が水素発生剤が収容された反応容器へ供給されるステップを有することが好ましい。
【００１９】
この構成によると、ごく少量の水であっても一定量を供給し続けることができるため、反応容器において発生する水素ガスの量も適切となるように制御することができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００２０】
本発明に係る液体定量排出装置及び液体定量排出方法の好適な実施形態を図面を用いて説明する。
【００２１】
＜第１実施形態＞
図１は、第１実施形態に係る液体定量排出装置の構成を示す概念図である。この液体定量排出装置は、気体収容容器１と液体収容容器２を備えている。気体収容容器１には、圧縮空気が収容される。なお、空気に代えて窒素等の他の気体を使用してもよい。気体収容容器１の上壁面に導入管４と逆止弁５が設けられており、この導入管４を介して気体収容容器１内に空気が導入される。導入される空気の量は例えば３ｃｃ程度であり、３気圧程度に圧縮された状態で収容される。逆止弁５としては、任意のタイプのものを使用することができ、装置全体の小型化を図る上で、１次側が２次側の圧力より大のときに開口し、小のときには閉口するくちばし状の弾性部材を備える逆止弁が好ましい。この逆止弁５は、例えば、ダックビルと呼ばれており、各種のものが市販されている。他の場所に使用される逆止弁についても同様とすることができる。
【００２２】
液体収容容器２内には反応液としての水が収容される。この水は、水素発生剤と反応して水素ガスを発生させる反応液として機能するものであり、水以外に酸やアルカリの溶液を使用してもよい。液体収容容器２内に収容される水の量も３ｃｃ程度である。容器壁面には、導入管８と逆止弁９が設けられ、この導入管８を介して液体収容容器２内に水を導入することができる。
【００２３】
気体収容容器１と液体収容容器２とは、気体供給路である連通管６により連結されており、この連通管６の途中にはバルブ７が設けられている。バルブ７は、この連通管６を通過する圧縮空気の量を制御する制御機構として機能するものであり、気体収容容器１内に空気を導入する際には、このバルブ７は閉じた状態とする。バルブ７を開くことで、気体収容容器１内の空気が液体収容容器２内に導入され、水面Ｗを押圧作用する。
【００２４】
反応容器３内には水素発生剤１０が収容されている。水素発生剤１０としては、水等の反応液と反応して水素ガスを発生する金属、例えば、Ｆｅ，Ａｌ，Ｍｇ，Ｚｎ，Ｓｉなどから選ばれる一種以上の金属の粒子や、これらが部分的に酸化された金属の粒子があげられる。また、水素発生剤１０は、触媒成分やアルカリ土類金属酸化物、カーボンブラック等を含むものであってもよい。水素発生剤１０は、粉末状であってもよく、造粒、又はタブレット化したものであってもよい。
【００２５】
反応容器３と液体収容容器２とは、水導出管１１と逆止弁１２により連結されている。従って、圧縮空気による押圧される水は、この水導出管１１を介して反応容器３内に送り込まれる。逆止弁１２を設けることで、導入された水が逆流したり、反応容器３で発生した水素ガスが液体収容容器２側に侵入しないように構成している。ガス供給管１３からは、反応容器３内で発生した水素ガスが排出され、不図示の燃料電池セルに供給されることになる。
【００２６】
気体収容容器１、液体収容容器２、反応容器３については、強度や耐食性などを考慮して、適宜の金属材料、樹脂材料、ガラス等により形成することができる。また、各容器を１部品で構成するか、複数部品で構成するかについても任意である。また、各容器の形状・大きさについては、使用目的・仕様等に基づいて、適宜定めることができる。さらに、各容器の配置についても、装置全体の大きさ・デザイン等を考慮して適宜合理的な配置構成を採用することができる。また、液体や気体を通過させる各管についても、適宜の金属材料や樹脂材料で形成することができ、必要に応じて柔軟性を有する材料を選択してもよい。
【００２７】
本発明に係る液体定量排出装置によれば、バルブ７を閉じた状態で気体収容容器１内に圧縮空気を収容させ、その後、バルブ７を所定量開くことで、液体収容容器２内に圧縮空気を送り込むことができる。これにより、液体収容容器２内の水の水面Ｗが圧縮空気により押圧され、この押圧作用により、水導出管１１から水が反応容器３内へ排出される。圧縮空気により水面Ｗを押圧しているので、水面全体にわたって均一で安定した圧力を付与することができるため、常時一定量の水を水導出管１１から送り出すことができる。また、圧縮空気による押圧力を作用させることで、１時間当たり２〜３ｃｃの少量であったとしても、定量を安定して送り出すことができる。水が徐々に排出されていくに従い、水面Ｗも低下し、その分、気体収容容器１側から圧縮空気が液体収容容器２内に送り込まれることになる。
【００２８】
＜第２実施形態＞
次に、第２実施形態に係る液体定量排出装置の構成を図２により説明する。図１と異なる点を中心に説明する。図２において、液体収容容器２の内部には、液体収容容器２内を仕切るように配置される可動隔壁部１４が設けられている。図示するように、可動隔壁部１４は水面Ｗの上に配置され、可動隔壁部１４の水面Ｗとは反対側の面が圧縮空気により押圧される構成となっている。かかる可動隔壁部１４を設けることで、より均一に水面Ｗを押圧することができ、更に安定した状態で水を定量排出できるようになる。
【００２９】
可動隔壁部１４はプレート状の部材であり、適宜の材料により形成することができ、例えばすべり性のよいガラス等を用いることができる。また、可動隔壁部１４を設けることで、液体収容容器２の姿勢が天地逆になったとしても、可動隔壁部１４の全面を圧縮空気により押圧しているため、水がひっくり返ることがない。
【００３０】
＜実験結果＞
本発明による構成の効果を確認するために実験を行った。本発明に対する比較例として、バネで押圧する方式により実験を行った。バネ式の構成図は図３に示す通りであり、可動隔壁部１４にコイルスプリング２０が作用する構成である。液体収容容器からは１分間当たり０．０４ｍｌの水が排出するようにバルブを設定した。実験結果を図４に示す。
【００３１】
図４に示すように、バネ式の場合は、水の排出量が安定しておらず、時間が経つにつれて排出量が減少する傾向がある。これに対して、本発明の場合は、時間の経過にかかわらず、ほぼ安定した状態で水を排出できていることがわかる。従って、少量の水を定量で送り出すことが可能であることが確認できた。
【００３２】
＜第３実施形態＞
次に、第３実施形態に係る液体定量排出装置の構成を図５，６により説明する。第１実施形態、第２実施形態と異なる点を中心に説明する。圧縮空気を気体収容容器１に注入するための注入バルブＢの構成を説明する。携帯機器に使用する燃料電池用に液体定量排出装置を用いる場合、液体定量排出装置には小型化が要求され、注入バルブＢ自体もできるだけ小型化することが好ましい。ちなみに上記用途の場合、注入される圧縮空気は２〜３ｃｃ、圧力は０．３〜０．５ＭＰａ程度である。
【００３３】
注入バルブＢとしては、ガスライターにガスを注入するのに用いられているバルブと同じ構造のものを使用することができる。その構成を図６に示し、図６（ａ）はバルブが閉じた状態を示し、（ｂ）は空気注入のためにバルブが開いた状態を示す。
【００３４】
図６に示すように、弁支持体２６の中心軸に沿って移動可能な可動弁体２１が設けられており、スプリング２２により閉じる方向に付勢されている。可動弁体２１の内部には空気通路２１ａが形成されている。可動弁体２１の軸方向中央部には溝２１ｂが形成され、シール部材２３が嵌め込まれている。可動弁体２１の端部には空気注入部２１ｃが設けられる。可動弁体２１は弁蓋２４により、弁支持体２６の内部に支持される。
【００３５】
気体収容容器１内に圧縮空気を注入するときは、図６（ｂ）に示すように空気ボンベ２５により可動弁体２１が押圧される状態となる。これにより、可動弁体２１内の空気通路２１ａが気体収容容器１内部と連通する状態となり、空気を注入することができる。
【００３６】
次に、液体収容容器２と反応容器３の隔壁２ａに配置される逆止弁３０について説明する。この逆止弁３０として、アンブレラと呼ばれるものを使用する。逆止弁３０は、係合部３１と傘部３２とが一体成型されたゴム製品であり、圧力により変形可能である。係合部３１により、隔壁２ａに形成された係合穴２ｃに係合される。また、係合穴２ｃに隣接して連通孔２ｂが設けられており、この連通孔２ｂを介して水が反応容器３へ供給される。すなわち、圧縮空気の圧力により水面Ｗが押圧されると、連通孔２ｂを介して傘部３２を変形させ、水が反応容器３へと定量供給される。
【００３７】
＜第４実施形態＞
次に、第４実施形態に係る液体定量排出装置の構成を図７により説明する。第３実施形態と類似する構造であり、第３実施形態と異なる点を中心に説明する。この実施形態では、隔壁２ａの内部に圧力逃がし通路２ｄが形成されており、この通路２ｄの一端部２ｅは反応容器３の内部につながり、他端部２ｆは外気につながっている。そして、この他端部２ｆには、安全弁３３が圧入されている。これは、水が反応容器３内に過剰に供給されて水素が多量に発生した場合に、圧力を逃がすことで装置の安全性を確保するものである。
【００３８】
通路２ｄの大きさとしては、例えばφ２．５ｍｍ程度に設定し、安全弁３３としては、円錐台形に成形されたシリコンゴムで製作することができる。安全弁３３は、通路２ｄの他端部２ｆに圧入することで取り付けることができ、圧力値の大きさとしては０．５〜２Ｎ程度に設定することが好ましい。
【００３９】
反応容器３の下部には冷却室４０が設けられており、水が浸透させられた綿４１（脱脂綿等）が収容されている。反応容器３と冷却室４０の隔壁３ａに連通孔３ｂが設けられており、反応容器３において発生した水素ガスは、この連通孔３ｂを介して冷却室４０に供給され、冷却された状態でガス供給管１３から排出される。また、連通孔３ｂをカバーするように不織布４２が設けられており、水素発生剤が冷却室４０内へ落ち込むことを防止する。
【００４０】
以上の構成によれば、反応容器３内の圧力が高くなると、安全弁３３が通路２ｄの他端部２ｆから脱落し、内部の圧力を逃がすことができる。これにより、水素が必要以上に発生した場合の安全性を確保する。安全弁３３の構成としては、本実施形態ではゴムを圧入するという簡易な構成を採用しているが、他の構成による安全弁を採用してもよい。例えば、通路２ｄを閉鎖する蓋部材と、この蓋部材により通路を封鎖する方向に付勢するスプリングを設けておき、圧力が高くなったときにこのスプリングの付勢力に抗して蓋部材を開くことで、圧力を逃がすようにしてもよい。また、本実施形態では圧力を逃がすための通路２ｄを隔壁２ａに設けているが、反応容器３の側壁面３ｃに通路を形成してもよい。
【００４１】
本実施形態では、冷却室４０内への水の収容を綿４１に浸透させることで行なっているが、かかる綿４１を使用せずに、水を直接収容するようにしてもよい。この場合、水が他の領域に移動しないように適宜、逆止弁を設けることが好ましい。
【００４２】
次に、第４実施形態の変形例について、図８により説明する。図８（ａ）は、圧力逃がし通路２ｄの一端部を水を供給するための連通孔２ｂに設けている。この構成によると、反応容器３内の圧力が高まった場合は、液体収容容器２から供給される水を通路２ｄを介して逃がすようにすることができる。図８（ａ）では、１つの連通孔２ｂについてのみ、通路２ｄを設けているが、他の連通孔２ｂについても同様に通路２ｄを設けてもよい。
【００４３】
図８（ｂ）は、反応容器３の側壁面３ｃに部分的に薄肉部３ｄを形成した構成例である。この構成によると、反応容器３内の圧力が高くなると、この薄肉部３ｄが破壊することで、内部の圧力を逃がすことができる。
【００４４】
以上、本発明に係る液体定量排出装置について、種々の実施形態を説明してきた。これらの各実施形態において採用されている構成は、他の実施形態においても適宜採用することができる。
【００４５】
本実施形態において、液体定量排出装置（方法）の用途として燃料電池をあげているが、これに限定されるものではなく、他の用途にも用いることができる。
【図面の簡単な説明】
【００４６】
【図１】第１実施形態に係る液体定量排出装置の構成を示す概念図
【図２】第２実施形態に係る液体定量排出装置の構成を示す概念図
【図３】バネ式の構成（比較例）を示す図
【図４】実験結果を示すグラフ
【図５】第３実施形態に係る液体定量排出装置の構成を示す概念図
【図６】空気注入部の構成を示す図
【図７】第４実施形態に係る液体定量排出装置の構成を示す概念図
【図８】第４実施形態に係る液体定量排出装置の変形例を示す概念図
【符号の説明】
【００４７】
１        気体収容容器
２        液体収容容器
３        反応容器
６        導入管
７        バルブ
１０      水素発生剤
１１      水導出管
１２      逆止弁
１４      可動隔壁部
３０      逆止弁
３３      安全弁
４０      冷却室
Ｂ        注入バルブ
Ｗ        水面
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
2007265950.tif 000009
【図８】
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